供电系统和方法技术方案

技术编号:23154720 阅读:55 留言:0更新日期:2020-01-18 15:35
一种供电系统包括一个主电源和一个能量储存系统。主电源适于按需求向一个负载供应功率。能量储存系统的一个或多个能量储存模块(16)适于从负载接收再生功率。供电系统还包括一个变流器(21),其连接在负载、能量储存系统和主电源之间,该变流器包括一个三相电压源变流器(24)和一个附加的两脉冲桥(32)。一个阻塞二极管(11)连接在负载与变流器(21)之间。

Power supply system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】供电系统和方法本专利技术涉及一种供电系统和操作方法,具体用于例如在船舶或平台上的钻机。在石油和天然气生产中,无论是陆上钻机还是海上钻机上的钻井设备都会产生热量并且需要冷却。然而,所产生的电机制动能量通常会散发到一串电阻器中,而这些电阻器随后在水中冷却。这浪费了能量,并且可能由于环境原因而受到反对。根据本专利技术的第一方面,一种供电系统包括一个主电源和一个能量储存系统,其中主电源适于按需求向一个负载供应功率,并且其中能量储存系统的一个或多个能量储存模块适于从负载接收再生功率;供电系统还包括:一个变流器,连接在负载、能量储存系统和主电源之间;以及一个阻塞二极管,连接在负载二极管与变流器之间,其中变流器包括一个三相电压源变流器和一个附加的两脉冲桥。阻塞二极管允许变流器的电压电平和负载DC母线的电压电平彼此独立。电压源变流器可以包括一个六脉冲晶体管模块。晶体管模块可以包括具有多个反向并联二极管的六个绝缘栅双极型晶体管。附加的两脉冲桥可以包括具有多个反向并联二极管的多个绝缘栅双极型晶体管。能量储存系统可以包括一个或多个能量储存模块,该一个或多个能量储存模块连接到变流器的附加的两脉冲桥。主电源可以包括来自一个主能量储存器的能量,但是优选地,主电源包括一个AC发电机;并且供电系统还包括一个变压器,该变压器包括在AC发电机与变流器之间的初级绕组和次级绕组。这可以在转换为DC之前将AC电压转换到合适电平。能量储存系统还可以包括一个能量管理系统,由此该能量储存系统还适于在负载需求低于来自主电源的可用功率的情况下从主电源接收功率。根据本专利技术的第二方面,一种操作根据第一方面的供电系统的方法包括以下之一:从一个主电源向一个负载供应功率;检测可用功率相对于需求的过量,并且将过量功率重新引导到能量储存系统;或者从一个主电源向一个负载供应功率;检测可用功率相对于需求的不足,并且从能量储存系统中汲取功率;或者从负载接收再生能量,并且将再生能量储存在能量储存系统中。现在将参考附图对根据本专利技术的供电系统的示例进行描述,其中:图1图示了根据本专利技术的一种供电系统的一个示例;图2a和图2b图示了图1的系统的一部分的多个实现方式的细节;图3图示了图2a和图2b的一部分的更多细节;图4图示了图1的系统的一部分的一个备选实现方式的细节;图5图示了图1的系统的一部分的另一备选实现方式;图6是图示了根据本专利技术的一种操作供电系统的方法的流程图。本专利技术借助于变流器解决了常规系统的效率问题和环境问题,该变流器使得能量储存装置能够与钻井设备驱动器的制动功率相结合。在钻机、钻井船舶或海上钻井平台上,对钻井驱动器的负载需求很大。另外,对于海上钻井船舶而言,来自推进器驱动器的负载需求很大。通常,这种负载需求由提供主电源的发电机(诸如柴油发电机)满足。然而,因为钻井驱动器和推进器驱动器的负载曲线不是恒定的,所以发电机通常以低效方式操作。在钻井驱动器的情况下,通常,高再生功率在电阻器串中被耗费掉,并且这些钻井驱动器通过船舶的冷却水被冷却、或者对于陆上钻机而言从冷却水源被冷却。能量储存系统不是简单地耗散该能量,而是接收再生功率,并且将该再生功率储存以备后用。由于可以使用储存能量,所以这有助于减轻负载需求,而不必运行附加的发电机来满足来自钻井驱动器或推进器驱动器的临时更高需求。能量储存系统如同它是发电机那样有效地操作,以支持负载需求不断变化的船舶网络。因此,利用作为伪发电机的能量储存装置,该系统对环境更加友好。更一般地,发电机可以被设置为更高效地操作,因为当在其他情况下对于发电机以最佳负载运行的需求不足时,则所产生的过量功率被引导到能量储存系统并且被储存,而并非使引擎以较低负载运行。US8446037描述了一种能量储存系统,该能量储存系统除了将一个或多个负载连接到一个DC母线之外,还将一个能量储存器连接到该DC母线。本专利技术通过在一个DC母线与由一个变流器服务的一个负载之间设置从一个能量储存系统到该变流器的一个直接连接,来提供对上文所讨论的问题的一个解决方案。该变流器可以通过一个升压斩波器被连接到诸如多个电池之类的能量储存装置,以便在变流器中获得正确的内部DC电压。从多个变流器21到一个钻井驱动器DC母线10的连接通过一个阻塞二极管11来实现,该阻塞二极管11使得能量储存变流器21中的DC电压比钻井驱动器DC母线上的电压高。能量储存系统可以使用钻井驱动器的一个变压器来连接到船舶或钻机的一个中压网络。本文中所指的中压包括从1.5kV至20kV范围内的电压,例如,以440VAC或1lkVAC操作的网络落在中压范围之内。如上文所提及的,多个推进器驱动器具有可变的负载要求。在图1中图示了包括根据本专利技术的一种供电系统的一个配电网络的一个示例。为了满足针对船舶或海上平台的监管冗余要求,供电系统可以被分配在通过一个常闭断路器连接的两个开关柜之间,该常闭断路器在一个开关柜发生故障的情况下断开,以防止故障导致损坏另一开关柜上的设备。在该示例中,在一个第一系统部分2中设置了一个第一开关柜部分1,而在一个第二系统部分4中设置了一个第二开关柜部分3。其他布置(例如,构成每个开关柜部分1,3的多个互连子部分)或者由多个断路器串联的多个附加开关柜也是可能的。用于一个钻井船舶的典型AC网络电压为11kV60Hz,由多个船载发电机(例如,多个柴油发电机或多个燃气轮机)产生。对于该示例,开关柜1,3的额定操作电流可以为1250A,并且1s内的短路额定值可以为25kA,但是根据应用,其他更高的额定值也是可能的。多个开关柜经由具有相同操作电流额定值的一个联络母线5和多个母联断路器6,7而连接在一起。多个断路器17可以以闭环配置将多个开关柜连接到多个其他开关柜(未示出),例如,如WO2016001272中所描述的那样。在该示例中,额定视在功率为6000kVA的一个三相变压器8,9可以经由一个断路器而被连接到开关柜1,3,并且将网络电压变换到用于钻井负载DC母线10的合适电压,该合适电压在该示例中为690VAC。然后,在变流器21,12中将变换后的AC电压从AC转换到DC。附加地,可以通过变压器8,9的另一变压器绕组14来连接处于变换后的AC电压的一个能量储存AC开关柜13。以110VDC操作的多个不间断电源(UPS)15可以连接到该低压开关柜,以针对所有逻辑功能提供控制功率,其中在UPS内部从AC转换为DC,反之亦然。钻井驱动器DC母线10可以经由与变流器串联的多个二极管11而被连接到变流器,该多个二极管被称为多个阻塞二极管,从而使得来自钻井驱动器的再生功率能够传递到能量储存系统。与现有技术不同,能量储存系统的多个能量储存模块16连接到变流器,而非连接到钻井DC母线10。对于每个系统部分2,4,可以设置连接到变流器21的多个能量储存模块16,使得如果来自推进器驱动器和钻井驱动器的需求低于来自网络的可用功率,则来自多个模块16的附加能量可以供应到多个钻井驱动器、或者多个钻井驱动器可以将再生功率返回到多个能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种供电系统,包括一个主电源和一个能量储存系统,其中所述主电源适于按需求向一个负载供应功率;并且其中所述能量储存系统的一个或多个能量储存模块适于从所述负载接收再生功率;所述供电系统还包括一个变流器,所述变流器连接在所述负载、所述能量储存系统和所述主电源之间;以及一个阻塞二极管,所述阻塞二极管连接在所述负载与所述变流器之间;其中所述变流器包括一个三相电压源变流器和一个附加的两脉冲桥。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170525 EP 17172947.81.一种供电系统,包括一个主电源和一个能量储存系统,其中所述主电源适于按需求向一个负载供应功率;并且其中所述能量储存系统的一个或多个能量储存模块适于从所述负载接收再生功率;所述供电系统还包括一个变流器,所述变流器连接在所述负载、所述能量储存系统和所述主电源之间;以及一个阻塞二极管,所述阻塞二极管连接在所述负载与所述变流器之间;其中所述变流器包括一个三相电压源变流器和一个附加的两脉冲桥。


2.根据权利要求1所述的系统,其中所述电压源变流器包括一个六脉冲晶体管模块。


3.根据权利要求2所述的系统,其中所述晶体管模块包括具有多个反向并联二极管的六个绝缘栅双极型晶体管。


4.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中所述附加的两脉冲桥包括具有多个反向并联二极管的多个绝缘栅双极型晶体管。


5.根据前述权利要求中任一项所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·B·安德森H·科杰斯布H·伦德
申请(专利权)人:西门子股份公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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